Induktivitäten Höhere Lagenzahl durch gefaltete Spule

Würth Elektronik hat das neuartige Verfahren „Embedded Faltflex“ entwickelt, das es zulässt, durch Falten flexibler Folienstrukturen Spulen mit nahezu beliebiger Lagenzahl, hoher Strombelastbarkeit und geringen parasitären Kapazitäten in Leiterplatten einzubetten. Als erste Applikation wurde damit ein Modul namens „eC/DC“ für die Stromauskopplung im Umfeld des AS-Interface realisiert.

Sensor-Applikationen fordern Hersteller zunehmend heraus. Denn die hier im leiterplattentypischen Multilayer-Aufbau eingebetteten Planarspulen benötigen teilweise hohe Lagenzahl. Aus wirtschaftlichen Gründen war jedoch die Anzahl der Lagen bei Planarspulen bisher auf zwölf bis 16 begrenzt. Mit dem neuartigen „Embedded Faltflex-Verfahren“ hat der Leiterplattenspezialist Würth Elektronik jedoch eine Möglichkeit gefunden, die dieses Manko behebt und Sensor- Applikationen effizienter macht.

Durch Falten flexibler Folienstrukturen lassen sich miniaturisierte Spulen mit nahezu beliebig vielen Lagen erzeugen (siehe Bild oben). Dabei kommen neu entwickelte sowie auch etablierte Entwurfs- und Herstellungsverfahren zum Einsatz. Mit der Feinstleitertechnik auf flexiblen Foliensubstraten steht eine leistungsfähige Basistechnologie zur Verfügung. Mittels Standardverfahren werden auf dem flexiblen Foliensubstrat beidseitig Strompfade in höchster Präzision erzeugt. Dabei gibt es unterschiedliche Faltflex-Aufbauvarianten, die sich in der Kupferdicke, der Leiterbahnbreite oder im Leiterbahnabstand unterscheiden.

Durch die Kombination von definierten Layout-Parametern, Spulenpositionen und einer präzise definierten Falt-Technik lassen sich deutlich höhere Wicklungsdichten in dem Multilayer-System realisieren. Der Faltvorgang wandelt eine zweidimensionale Struktur um in ein dreidimensionales Bauelement, das sich auch direkt in konventionelle Leiterplatten integrieren lässt. Mit geeigneten Fügetechniken, beispielsweise dem Verpressen und Verkleben, wird ein kompaktes Spulenbauelement mit Kontaktierungen auf den Außenseiten erzeugt. Die gefaltete Spule bietet eine hohe Strombelastbarkeit, einen kleinen ohmschen Widerstand sowie geringe und eng tolerierte kapazitive Beläge.

Die Faltflex-Technologie wurde erstmals in einer Applikation für das AS-Interface-Umfeld (Aktor-Sensor-Interface) umgesetzt. In Zusammenarbeit mit dem Forschungs- und Transferzentrum der HTWK Leipzig hat Würth Elektronik ein Modul mit der Bezeichnung eC/DC mit Spezialinduktivitäten nach dem Faltflex-Prinzip gefertigt (Bild 1). Diese Spezialinduktivitäten dienen dazu, die Stromversorgung peripherer Komponenten rückwirkungsfrei vom gleichzeitig übertragenen Datensignal zu entkoppeln. An  Induktivität und Stromtragfähigkeit waren ebenso wie an Verlustleistung, Baugröße und Robustheit erhöhte Anforderungen gestellt.

Zudem gestalteten sich die parasitären Parameter kritisch, denn es war ein extrem kapazitätsarmer Aufbau von <15 pF vorgeschrieben. Die mit der Embedded-Faltflex-Technologie hergestellten Spezialinduktivitäten sind in Verbindung mit Komponenten des industriellen Bussystems AS-Interface in diesem eC/DC-Modul erfolgreich erprobt. Sie stellen eine Kombination dar aus Embedded-Faltflex-Spulen mit verschiedenen symmetrischen Wicklungen und Übertragungsverhältnissen und einer dazu passenden Zusatzbeschaltung. Eine frühzeitige Bewertung der Embedded-Faltflex-Spulen über einfache Messmethoden (Widerstandsmessung) und eine abschließende Prüfung am Endprodukt schaffen eine gute Balance zwischen Kosten und Qualität.

Die beteiligten Partner stehen Interessenten als Know-how-Träger für weiterführende Applika-tionen gerne zur Verfügung. Wer an den Vorteilen des eC/DC-Moduls interessiert ist, kann das Evaluation Board eC/DC 300R unter www.we-online.de/eval-board beziehen.